RU2599286C1 - Thin scintillation counter - Google Patents
Thin scintillation counter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2599286C1 RU2599286C1 RU2015129625/28A RU2015129625A RU2599286C1 RU 2599286 C1 RU2599286 C1 RU 2599286C1 RU 2015129625/28 A RU2015129625/28 A RU 2015129625/28A RU 2015129625 A RU2015129625 A RU 2015129625A RU 2599286 C1 RU2599286 C1 RU 2599286C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- extended
- photocathode
- scintillation
- thin
- plate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
- G01T1/2006—Measuring radiation intensity with scintillation detectors using a combination of a scintillator and photodetector which measures the means radiation intensity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области детектирования слабых радиационных сигналов с помощью сцинтилляционных счетчиков и может быть преимущественно использовано в детекторах обнаружения бета-загрязнений. Кроме того, изобретение может найти применение в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике, и в различных технических приложениях в тех случаях, когда одновременно требуется высокая скорость счета ионизирующих частиц, максимальный выход фотоэлектронов на единицу поглощенной в сцинтилляторе энергии ионизации при достаточно большой рабочей площади детекторов в несколько дм2.The present invention relates to the field of detection of weak radiation signals using scintillation counters and can be advantageously used in beta-pollution detection detectors. In addition, the invention can find application in research in high energy physics, nuclear physics, and in various technical applications in cases where at the same time a high counting rate of ionizing particles is required, the maximum yield of photoelectrons per unit of ionization energy absorbed in the scintillator with a sufficiently large working area detectors in several dm 2 .
Недостатками газоразрядных детекторов, используемых в настоящее время для контроля за источниками бета-загрязнений частей тела (рук и ступней), являются их недостаточно высокая чувствительность к бета-частицам и насыщение скорости счета при высокой радиационной активности загрязнений, а также ограниченный срок службы.The disadvantages of gas-discharge detectors, which are currently used to control sources of beta contamination of body parts (hands and feet), are their insufficiently high sensitivity to beta particles and saturation of the count rate with high radiation activity of contaminants, as well as a limited service life.
Требования к таким детекторам определены международным стандартом МЭК 61098 «Приборы контрольные стационарные для измерения поверхностного загрязнения персонала от альфа- и бета-излучателей»The requirements for such detectors are defined by the international standard IEC 61098 “Stationary control devices for measuring surface contamination of personnel from alpha and beta emitters”
Однако при реализации сцинтилляционных счетчиков, удовлетворяющих требованиям МЭК и превосходящих газоразрядные счетчики по указанным выше характеристикам, встречаются значительные трудности. Так, из требования на размеры площади рабочей области детектора для ступней ног не менее 300×200 мм2 следует, что при сочленении торца сцинтилляционной пластины с окном фотокатода любого промышленного малогабаритного фотоумножителя (ФЭУ) необходим световод с габаритными размерами в области сочленения, не превышающими размеры фотокатода. При этом площадь поперечного сечения световода по всей его длине должна быть не менее площади торца сцинтилляционной пластины. В противном случае неизбежны потери сцинтилляционного излучения при прохождении сцинтилляционного излучения через световод или в области его сочленения с окном фотокатода. Использование промышленных ФЭУ с размерами фотокатода, сравнимыми с габаритным размером сцинтилляционной пластины (200 мм), вряд ли стоит рассматривать из-за громоздкости подобной конструкции счетчика.However, when implementing scintillation counters that meet IEC requirements and exceed gas discharge counters in the above characteristics, considerable difficulties are encountered. So, from the requirement for the size of the detector’s working area for the feet of at least 300 × 200 mm 2, it follows that when connecting the end face of the scintillation plate with the photocathode window of any industrial small photomultiplier (PMT), a fiber with overall dimensions in the joint area not exceeding the dimensions is required photocathode. In this case, the cross-sectional area of the fiber along its entire length should be not less than the area of the end face of the scintillation plate. Otherwise, scintillation radiation losses are inevitable when scintillation radiation passes through the optical fiber or in the region of its articulation with the photocathode window. The use of industrial PMTs with photocathode dimensions comparable with the overall size of a scintillation plate (200 mm) is hardly worth considering because of the cumbersomeness of such a counter design.
Известны два типа световодов (и, соответственно, счетчиков), удовлетворяющих указанным выше требованиям:Two types of optical fibers (and, accordingly, counters) are known that satisfy the above requirements:
1. Световод, состоящий из ряда изогнутых полос высокопрозрачного органического стекла, торцы которых приклеиваются к торцу сцинтилляционной пластины, а противоположные торцы полос пристыковываются к окну фотокатода с оптическим контактом, образуя в поперечном сечении квадрат, прямоугольник или круг (приближенно). [Crabb D.G. et al, Nucl. Instr. and Meth., v. 45, (1966), 301]. При оптимальной ширине световодных полос, равной длине торца сцинтилляционной пластины, эффективность пропускания световода составляет около 0,5, что является существенным недостатком такого счетчика.1. The optical fiber, consisting of a series of curved strips of highly transparent organic glass, the ends of which are glued to the end of the scintillation plate, and the opposite ends of the strips are attached to the photocathode window with an optical contact, forming a square, rectangle or circle in the cross section (approximately). [Crabb D.G. et al, Nucl. Instr. and Meth., v. 45, (1966), 301]. With the optimal width of the light guide bands equal to the length of the end face of the scintillation plate, the transmission efficiency of the fiber is about 0.5, which is a significant drawback of such a counter.
2. Световод типа "рыбий хвост", изготовляемый из органического стекла и представляющий собой призму, расширяющуюся от размеров толщины торца сцинтилляционной пластины до размеров окна фотокатода и сужающуюся от размеров длины торца пластины до размеров окна фотокатода [Crabb D.G. et al, Nucl. Instr. and Meth., v. 45, (1966), 301], причем получены в несколько раз худшие результаты по эффективности пропускания относительно полосковых световодов.2. A fishtail fiber made of organic glass and consisting of a prism that extends from the thickness of the scintillation plate end to the photocathode window size and tapers from the length of the plate end to the photocathode window size [Crabb D.G. et al, Nucl. Instr. and Meth., v. 45, (1966), 301], and several times worse results were obtained on the transmission efficiency relative to strip light guides.
Наиболее высокие результаты по эффективности пропускания сцинтилляционного излучения получены для световодов, представляющих собой прямоугольные пластины из органического стекла шириной и толщиной, не меньшими, чем размеры торца сцинтилляционной пластины, или продолжение самой сцинтилляционной пластины вне рабочей области. Подобный счетчик, вернее, набор счетчиков, сцинтилляторы которых образуют плоскую поверхность необходимых размеров, является наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа. [G. Bitsadze et al, А 533 (2004), 353-360]. Следует отметить, что при размерах сцинтилляционной полосы 1×7×110 мм3 и даже при максимальной длине световода 170 мм (толщина световода 1 мм, ширина 7 мм) полученное количество фотоэлектронов на единицу поглощенной в сцинтилляторе энергии ионизации превысило 160 фотоэлектронов/МэВ. Такое удельное количество фотоэлектронов недостижимо, например, для компактных конструкций сцинтилляционных счетчиков с выводом излучения на основе спектросмещающих волокон, для которых характерной величиной является значение 30 фотоэлектронов/МэВ [Г.И. Бритвич и другие "Основные характеристики полистирольных сцинтилляторов производства ИФВЭ", Препринт ИФВЭ 2013-23].The highest scintillation radiation transmission efficiency results were obtained for optical waveguides, which are rectangular plates of organic glass with a width and thickness not smaller than the dimensions of the end face of the scintillation plate, or the continuation of the scintillation plate itself outside the work area. A similar counter, or rather, a set of counters whose scintillators form a flat surface of the required dimensions, is the closest technical solution chosen as a prototype. [G. Bitsadze et al, A 533 (2004), 353-360]. It should be noted that with a scintillation band size of 1 × 7 × 110 mm 3 and even with a maximum fiber length of 170 mm (
Недостатками прототипа являются необходимость использования десятков фотоумножителей (фотодетекторов) и уменьшение геометрической эффективности регистрации частиц из-за конечных зазоров между отдельными сцинтилляторами и эффективности пропускания излучения из-за относительно малой (7 мм) ширины сцинтилляционных и световодных полос.The disadvantages of the prototype are the need to use dozens of photomultipliers (photodetectors) and a decrease in the geometric efficiency of particle registration due to the finite gaps between the individual scintillators and the transmission efficiency of radiation due to the relatively small (7 mm) width of the scintillation and light guide bands.
Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, является увеличение эффективности регистрации частиц, упрощение конструкции счетчиков с целью повышения надежности прибора, а также уменьшение габаритов сцинтилляционного счетчика. Конкретно решение заключается в замене ряда фотоумножителей, просматривающих сцинтилляционную пластину через световоды из органического стекла или через продолжения самих сцинтилляторов вне рабочей области, одним фотоумножителем с протяженным фотокатодом, просматривающим с использованием оптических контактов сцинтилляционную пластину через пластину-световод с толщиной и шириной, не меньшими, чем соответствующие размеры торца сцинтилляционной пластины или пристыкованным непосредственно к ее торцу.The tasks to be solved by the claimed invention is aimed at increasing the efficiency of particle registration, simplifying the design of counters in order to increase the reliability of the device, as well as reducing the size of the scintillation counter. Specifically, the solution consists in replacing a series of photomultipliers viewing the scintillation plate through organic glass fibers or through extensions of the scintillators themselves outside the working area, by one photomultiplier with an extended photocathode, viewing using scintillation contacts a scintillation plate through a fiber guide with a thickness and width of not less than than the corresponding dimensions of the end face of the scintillation plate or docked directly to its end face.
Техническим результатом данного изобретения является увеличение эффективности регистрации частиц, упрощение конструкции счетчиков, что приводит к повышению надежности работы прибора. Другими техническими результатами, обеспечиваемыми изобретением, являются уменьшение габаритов и стоимости счетчиков.The technical result of this invention is to increase the efficiency of particle registration, simplifying the design of counters, which leads to increased reliability of the device. Other technical results provided by the invention are the reduction in the size and cost of the meters.
Технический результат изобретения обеспечивается тем, что в устройстве, содержащем протяженную сцинтилляционную пластину и просматривающие ее фотоприемники, в качестве фотоприемников используется один фотоумножитель с протяженным фотокатодом длиной не менее длины торца сцинтилляционной пластины, и просматривающий пластину с одного из ее торцов. В данном рассматриваемом случае используется специализированный фотоумножитель, имеющий протяженный фотокатод с размерами 20×200 мм2, сформированный в виде полосы на внутренней поверхности стеклянной цилиндрической колбы ФЭУ диаметром 40 мм и длиной 250 мм, протяженную умножительную динодную систему шириной не более 20 мм, состоящую из 10-11 динодов, расположенную вдоль фотокатода и один протяженный анод с длиной, равной длине фотокатода. Фотокатод фотоумножителя пристыковывается к торцу сцинтилляционной пластины на оптическом контакте.The technical result of the invention is ensured by the fact that in a device containing an extended scintillation plate and photodetectors viewing it, one photomultiplier with an extended photocathode is used as photodetectors with a length not less than the length of the end face of the scintillation plate, and viewing the plate from one of its ends. In this case, we use a specialized photomultiplier having an extended photocathode with dimensions of 20 × 200 mm 2 , formed in the form of a strip on the inner surface of a glass cylindrical PM tube with a diameter of 40 mm and a length of 250 mm, an extended multiplying dynode system with a width of not more than 20 mm, consisting of 10-11 dynodes located along the photocathode and one extended anode with a length equal to the length of the photocathode. The photocathode photocathode is attached to the end face of the scintillation plate at the optical contact.
При целенаправленном повышении выхода тонких сцинтилляторов и фотоумножителей и с высокими характеристиками детекторы контроля за бета-загрязнениями на их основе будут значительно превосходить газоразрядные счетчики, что делает целесообразным повсеместную замену газоразрядных детекторов тонкими сцинтилляционными счетчиками.With a targeted increase in the output of thin scintillators and photomultipliers and with high characteristics, beta contamination control detectors based on them will significantly exceed gas discharge counters, which makes it advisable to universally replace gas discharge detectors with thin scintillation counters.
На фиг. 1 представлен схематический вид предлагаемого счетчика в двух проекциях. Заявляемый счетчик состоит из прямоугольной сцинтилляционной пластины 1, к торцу которой присоединен на оптическом контакте ФЭУ 2 с протяженным фотокатодом 3. Соединяющий элемент может представлять собой, например, гибкую пластину 5 из прозрачного кремний-органического материала толщиной 1-2 мм, сочленяющую окно фотокатода цилиндрической формы с плоской поверхностью торца сцинтилляционной пластины. Фотоны сцинтилляционного излучения от проходящих через вещество сцинтиллятора ионизирующих частиц попадают на фотокатод 3, усиливаются динодной системой 4 и вызывают сигнал на аноде 6 ФЭУ.In FIG. 1 shows a schematic view of the proposed counter in two projections. The inventive counter consists of a
Дальнейшее увеличение количества фотоэлектронов/МэВ может быть получено за счет эффективных тонкопленочных плоских, цилиндрических или квазицилиндрических отражателей, направляющих выходящее через фронтальные грани сцинтилляционной пластины излучение в сторону протяженного фотокатода (Фиг. 2). Заявляемый счетчик состоит из прямоугольной сцинтилляционной пластины 1, к торцу которой присоединен на оптическом контакте ФЭУ 2 с протяженным фотокатодом 3. Соединяющий элемент может представлять собой, например, гибкую пластину 5 из прозрачного кремний-органического материала толщиной 1-2 мм, сочленяющую окно фотокатода цилиндрической формы с плоской поверхностью торца сцинтилляционной пластины. Фотоны сцинтилляционного излучения от проходящих через вещество сцинтиллятора ионизирующих частиц попадают на фотокатод 3, усиливаются динодной системой 4 и вызывают сигнал на аноде 6 ФЭУ.A further increase in the number of photoelectrons / MeV can be obtained due to effective thin-film flat, cylindrical, or quasi-cylindrical reflectors directing the radiation emerging through the front faces of the scintillation plate toward the extended photocathode (Fig. 2). The inventive counter consists of a
Для увеличения количества фотоэлектронов/МэВ используются эффективные тонкопленочные плоские, цилиндрические или квазицилиндрические отражатели 7, направляющие выходящее через фронтальные грани сцинтилляционной пластины излучение в сторону протяженного фотокатода.To increase the number of photoelectrons / MeV, effective thin-film flat, cylindrical, or quasi-cylindrical
Проведенное изучение макета тонкого сцинтилляционного счетчика (Фиг. 1), собранного на основе разработанного в ФГБУ ГНЦ ИФВЭ специализированного ФЭУ и тонкого, толщиной в 1 мм, сцинтиллятора, показало заметное преимущество такого детектора перед газоразрядными детекторами по ключевым параметрам. Так, при удельном количестве фотоэлектронов, получаемым при регистрации макетом с размерами сцинтиллятора 200×300 мм2 минимально ионизирующих частиц, составило 110 фотоэлектронов/МэВ, а эффективность регистрации низкоэнергетических частиц оказалась вдвое выше, чем у обычно используемых газоразрядных детекторов при сравнимой скорости фоновых отсчетов.The study of the model of a thin scintillation counter (Fig. 1), assembled on the basis of a specialized PMT developed by the Federal State Budget Scientific Center Scientific Center of IHEP and a thin 1 mm thick scintillator, showed a noticeable advantage of such a detector over gas-discharge detectors in key parameters. So, with the specific number of photoelectrons obtained by registering a model with a scintillator size of 200 × 300 mm 2 of minimally ionizing particles, it was 110 photoelectrons / MeV, and the detection efficiency of low-energy particles was twice as high as that of commonly used gas-discharge detectors at a comparable background readout speed.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015129625/28A RU2599286C1 (en) | 2015-07-17 | 2015-07-17 | Thin scintillation counter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015129625/28A RU2599286C1 (en) | 2015-07-17 | 2015-07-17 | Thin scintillation counter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2599286C1 true RU2599286C1 (en) | 2016-10-10 |
Family
ID=57127616
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015129625/28A RU2599286C1 (en) | 2015-07-17 | 2015-07-17 | Thin scintillation counter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2599286C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5306904A (en) * | 1992-07-01 | 1994-04-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Multilayer microelectronic photomultiplier device with a stacked series of dynode and insulating layers |
RU2064706C1 (en) * | 1993-05-14 | 1996-07-27 | Институт физики высоких энергий | Photoelectronic multiplier with long cathode |
US6650050B1 (en) * | 1999-04-23 | 2003-11-18 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photomultiplier tube |
RU2367980C1 (en) * | 2008-02-21 | 2009-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Device for registration of ionising radiations |
RU110507U1 (en) * | 2011-07-27 | 2011-11-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "АСПЕКТ" им. Ю.К. Недачина" | RADIOACTIVE CONTAMINATION DEVICE |
RU2011147412A (en) * | 2011-11-22 | 2013-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Физики Высоких Энергий | SCINTILLATION COUNTER FOR RADIATION MONITORS |
RU2013153281A (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации-Институт физики высоких энергий" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Photomultiplier |
-
2015
- 2015-07-17 RU RU2015129625/28A patent/RU2599286C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5306904A (en) * | 1992-07-01 | 1994-04-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Multilayer microelectronic photomultiplier device with a stacked series of dynode and insulating layers |
RU2064706C1 (en) * | 1993-05-14 | 1996-07-27 | Институт физики высоких энергий | Photoelectronic multiplier with long cathode |
US6650050B1 (en) * | 1999-04-23 | 2003-11-18 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photomultiplier tube |
RU2367980C1 (en) * | 2008-02-21 | 2009-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Device for registration of ionising radiations |
RU110507U1 (en) * | 2011-07-27 | 2011-11-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "АСПЕКТ" им. Ю.К. Недачина" | RADIOACTIVE CONTAMINATION DEVICE |
RU2011147412A (en) * | 2011-11-22 | 2013-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Физики Высоких Энергий | SCINTILLATION COUNTER FOR RADIATION MONITORS |
RU2013153281A (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации-Институт физики высоких энергий" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Photomultiplier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Roberts et al. | First demonstration of 3D optical readout of a TPC using a single photon sensitive Timepix3 based camera | |
US3683185A (en) | Radiation imaging apparatus | |
GB1476575A (en) | Scintillation camera with second order resolution | |
Kobayashi et al. | YAlO3: Ce-Am light pulsers as a gain monitor for undoped CsI detectors in a magnetic field | |
RU2599286C1 (en) | Thin scintillation counter | |
US11994427B2 (en) | Silicon photomultiplier imaging system and method for cooling the same | |
CN210270184U (en) | Novel neutron ray detector | |
CN110687573A (en) | Thallium-doped cesium iodide scintillation crystal radiation detector with exit surface matched with lens group | |
Boutot et al. | Multianode photomultiplier for detection and localization of low light level events | |
JP2005032634A (en) | Gas proportional counter tube and photographing system | |
JP4137121B2 (en) | Radiation detector | |
US4438334A (en) | Gamma camera comprising a localizing scintillation intensifier | |
EP3764128A1 (en) | Electromagnetic radiation detection device and method | |
RU2095883C1 (en) | Electroluminescent gas detector | |
Anderson | Development of proportional counters using photosensitive gases and liquids | |
Kellershohn et al. | Spark chambers and image intensifiers | |
JPH04274793A (en) | Radiation detector | |
CN110837105A (en) | Bismuth germanate scintillation crystal radiation detector with lens group | |
CN110837099A (en) | Thallium-doped cesium iodide scintillation crystal radiation detector with lens group | |
CN110687571A (en) | Yttrium lutetium silicate scintillation crystal radiation detector with exit surface matched with lens set | |
William et al. | LAPPD Waveform Response to Annihilation Gammas Incident on BGO Crystals | |
CN110658546A (en) | Cerium-doped lutetium silicate scintillation crystal radiation detector with exit surface matched with lens set | |
CN110824531A (en) | Radiation detector with special light-emitting surface cerium-doped lutetium silicate scintillation crystal | |
RU2107355C1 (en) | Unsoldered electroluminescent detector of ionizing radiation | |
SU446009A1 (en) | Soft X-ray gas scintillation counter |